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    <meta name="description" content="计算机结构早期冯诺依曼机 冯诺依曼计算机的特点：  计算机由五大部件组成； 指令和数据以同等地位存储于存储器，可按地址寻访； 指令和数据用二进制数据表示； 指令由操作码和地址码组成； 存储程序 以运算器为中心（输入&#x2F;输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成）  现代计算机结构 由于运算器和控制器联系紧密，现代计算机通常将运算器与控制器集成在一块芯片上——CPU，所以，现代计算机的结构可以简化为">
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<title>计算机组成原理：计算机系统概论 | 鸣蜩十七</title>
  








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          计算机组成原理：计算机系统概论
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      <span class="post-meta-item-text">更新于</span>
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        <h1 id="计算机结构"><a href="#计算机结构" class="headerlink" title="计算机结构"></a>计算机结构</h1><h2 id="早期冯诺依曼机"><a href="#早期冯诺依曼机" class="headerlink" title="早期冯诺依曼机"></a>早期冯诺依曼机</h2><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/早期冯诺依曼机.png" alt="早期冯诺依曼机"></p>
<p>冯诺依曼计算机的特点：</p>
<ol>
<li>计算机由五大部件组成；</li>
<li>指令和数据以同等地位存储于存储器，可按地址寻访；</li>
<li>指令和数据用二进制数据表示；</li>
<li>指令由操作码和地址码组成；</li>
<li>存储程序</li>
<li>以运算器为中心（输入/输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成）</li>
</ol>
<h2 id="现代计算机结构"><a href="#现代计算机结构" class="headerlink" title="现代计算机结构"></a>现代计算机结构</h2><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/现代计算机结构.png" alt="现代计算机结构"></p>
<p>由于运算器和控制器联系紧密，<strong>现代计算机通常将运算器与控制器集成在一块芯片上——CPU</strong>，所以，现代计算机的结构可以简化为下图所示：</p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/现代计算机结构2.png" alt="现代计算机结构"></p>
<h2 id="本节知识回顾与总结"><a href="#本节知识回顾与总结" class="headerlink" title="本节知识回顾与总结"></a>本节知识回顾与总结</h2><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/回顾1.png" alt="本节总结"></p>
<h1 id="主存储器的基本组成"><a href="#主存储器的基本组成" class="headerlink" title="主存储器的基本组成"></a>主存储器的基本组成</h1><h2 id="主存储器的结构"><a href="#主存储器的结构" class="headerlink" title="主存储器的结构"></a>主存储器的结构</h2><p>先来看看主存储器的构成结构：</p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/主存储器结构.png" alt="主存储器结构"></p>
<p><strong>主存储器由存储体、存储地址寄存器和存储数据寄存器三部分组成</strong>，它们分别负责存储数据、存储地址和存储数据的读写操作，下面是它们的工作原理：</p>
<ol>
<li>存储体：<strong>*存储体是主存储器中实际存储数据的物理部件</strong>。它通常由许多存储单元组成，每个存储单元都有一个唯一的地址。存储体的容量由存储单元的数量决定，每个存储单元可以存储一个或多个数据位。</li>
<li>存储地址寄存器：<strong>存储地址寄存器是用于存储要访问的存储单元地址的寄存器</strong>。在进行读写操作时，CPU会将要访问的存储单元地址存储到存储地址寄存器中，然后将读写命令发送给主存储器。</li>
<li>存储数据寄存器：<strong>存储数据寄存器是用于存储要读取或写入的数据的寄存器</strong>。在进行读操作时，主存储器将存储地址寄存器中指定地址的数据读取到存储数据寄存器中，并将数据传输给CPU；在进行写操作时，CPU将要写入的数据存储到存储数据寄存器中，然后将数据传输给主存储器，主存储器将数据写入到存储地址寄存器中指定地址的存储单元中。</li>
</ol>
<h2 id="存储体"><a href="#存储体" class="headerlink" title="存储体"></a>存储体</h2><p>下面我们来看看存储体的具体结构和知识点：</p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/存储体.png" alt="存储体"></p>
<p>这里有个容易混淆的知识点:</p>
<p>1个字=16bit，1个字节（Byte）=8bit。</p>
<p>1B=1个字节，1b=1个bit</p>
<p>可以像下面这样快速记忆：</p>
<p><strong>一个字占两个字节，一个字节占8个bit</strong>。</p>
<h1 id="运算器基本组成"><a href="#运算器基本组成" class="headerlink" title="运算器基本组成"></a>运算器基本组成</h1><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/运算器结构.png" alt="运算器"></p>
<h1 id="控制器基本结构"><a href="#控制器基本结构" class="headerlink" title="控制器基本结构"></a>控制器基本结构</h1><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/控制器结构.png" alt="控制器"></p>
<h1 id="计算机工作过程"><a href="#计算机工作过程" class="headerlink" title="计算机工作过程"></a>计算机工作过程</h1><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/计算机工作过程.png" alt="计算机工作过程"></p>
<p>具体工作过程如下：</p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/具体工作过程1.png" alt="具体工作过程"></p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/具体工作过程2.png" alt="具体工作过程"></p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/具体工作过程3.png" alt="具体工作过程"></p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/具体工作过程4.png" alt="具体工作过程"></p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/具体工作过程5.png" alt="具体工作过程"></p>
<p>计算机的具体工作过程总结如下：</p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/工作过程总结.png" alt="具体工作过程"></p>
<h1 id="计算机系统层次结构"><a href="#计算机系统层次结构" class="headerlink" title="计算机系统层次结构"></a>计算机系统层次结构</h1><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/计算机系统层次结构.png" alt="计算机系统层次结构"></p>
<p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/层次结构.png" alt="层次结构总结"></p>
<h1 id="计算机的性能指标"><a href="#计算机的性能指标" class="headerlink" title="计算机的性能指标"></a>计算机的性能指标</h1><h2 id="存储器的性能指标"><a href="#存储器的性能指标" class="headerlink" title="存储器的性能指标"></a>存储器的性能指标</h2><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/存储器的性能指标.png" alt="存储器的性能指标"></p>
<h3 id="重要知识点-存储单位"><a href="#重要知识点-存储单位" class="headerlink" title="重要知识点-存储单位"></a>重要知识点-存储单位</h3><p>这里有个要记住的关于存储单位知识点：</p>
<script type="math/tex; mode=display">2^{10}:K|2^{20}:M;|2^{30}:G;|2^{40}:T</script><h2 id="CPU的性能指标"><a href="#CPU的性能指标" class="headerlink" title="CPU的性能指标"></a>CPU的性能指标</h2><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/CPU性能指标.png" alt="CPU的性能指标"></p>
<p>CPU时钟周期是CPU执行一条指令所需的时间。</p>
<p>CPU主频（时钟频率）可以理解为一秒钟有几个时钟周期。</p>
<p>下面看一个例题：</p>
<blockquote>
<p>假设一个程序有100条指令，其中有10条指令需要访问内存，每次访问内存需要50个CPU时钟周期，另外90条指令不需要访问内存，每条指令平均需要2个CPU时钟周期。如果CPU主频为2 GHz，计算以下指标：</p>
<ol>
<li>CPI（Cycles Per Instruction）。</li>
<li>CPU执行时间。</li>
<li>IPS（Instructions Per Second）。</li>
</ol>
</blockquote>
<p>解：</p>
<blockquote>
<ol>
<li><p>计算CPI：<br>每条指令需要的CPU时钟周期数CPI = （访存指令数 × 访存指令平均CPU时钟周期数 + 非访存指令数 × 非访存指令平均CPU时钟周期数）/ 指令总数<br>其中，访存指令数为10，访存指令平均CPU时钟周期数为50，非访存指令数为90，非访存指令平均CPU时钟周期数为2，指令总数为100。代入公式可得：CPI = （10 × 50 + 90 × 2）/ 100 = 23<br>因此，CPI为23。</p>
</li>
<li><p>计算CPU执行时间：<br>CPU执行时间可以通过以下公式计算：</p>
<p>CPU执行时间 = CPU时钟周期数 / CPU主频 = （访存指令数 × 访存指令平均CPU时钟周期数 + 非访存指令数 × 非访存指令平均CPU时钟周期数）/ CPU主频</p>
<p>代入数据得：</p>
<p>CPU执行时间 = （10 × 50 + 90 × 2）/ (2 × 10^9) = 0.00046 秒</p>
</li>
<li><p>计算IPS：<br>IPS可以通过以下公式计算：IPS = CPU主频 / CPI<br>其中，CPI为23，CPU主频为2 GHz。代入公式可得：IPS = 2 × 10^9 / 23 = 86956522.22<br>因此，IPS为86956522.22。</p>
</li>
</ol>
</blockquote>
<h2 id="系统整体的性能指标"><a href="#系统整体的性能指标" class="headerlink" title="系统整体的性能指标"></a>系统整体的性能指标</h2><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/系统整体性能指标.png" alt="系统整体的性能指标"></p>
<h2 id="本节知识回顾"><a href="#本节知识回顾" class="headerlink" title="本节知识回顾"></a>本节知识回顾</h2><p><img src="/2023/05/07/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%A6%82%E8%AE%BA/计算机性能指标回顾.png" alt="计算机性能指标回顾"></p>
<blockquote>
<p> 引用目录</p>
<p>1.《计算机组成原理》——白中英</p>
<p>2.《王道考研-计算机组成原理》</p>
</blockquote>

    </div>

    
    
    

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